低分子陽離子聚合物對高濃度聚驅解堵作用的評價

張榮明,王 越,李 偉,馬冬暉,趙 民

(1.東北石油大學化學化工學院石油與天然氣化工省重點實驗室,黑龍江大慶163318; 2.渤海鉆探工程技術研究院,天津300280;3.中國石油長城鉆探國際鉆修公司,遼寧盤錦124010; 4.大慶鉆探集團鉆井一公司,黑龍江大慶163318)

低分子陽離子聚合物對高濃度聚驅解堵作用的評價

張榮明1,王 越1,李 偉2,馬冬暉3,趙 民4

(1.東北石油大學化學化工學院石油與天然氣化工省重點實驗室,黑龍江大慶163318; 2.渤海鉆探工程技術研究院,天津300280;3.中國石油長城鉆探國際鉆修公司,遼寧盤錦124010; 4.大慶鉆探集團鉆井一公司,黑龍江大慶163318)

針對大慶油田的現狀,研制出了一種低分子陽離子聚合物,能夠有效改善地層堵塞狀況,解堵率達到90%以上。

高濃度聚驅;解堵;低分子陽離子聚合物

為進一步開采油田水驅后的剩余油、提高采收率,大慶油田率先采用聚合物驅油技術提高原油采收率[1],效果明顯。但隨之一系列對油井有害的問題也顯現出來,主要為注入壓力高、達不到配注等,最嚴重的是造成油井堵塞,使后續注入條件變得更為苛刻,對注入工藝的要求更加嚴格。隨著聚合物累計注入量的增加,大慶油田總體注入狀況逐年惡化,部分井(占總井數的20%以上)的注入壓力已經接近或達到油層的破裂壓力[2],采收率下降。目前國內外采用的注聚井化學解堵技術是利用聚合物的氧化降解性質,以常規酸液或各種緩速酸液和強氧化劑型解堵劑進行協同作用。這些方法對地層造成了一定程度的破壞,并且易產生嚴重的安全隱患。

為此,作者合成了一種低分子陽離子聚合物,其分子鏈上的正離子能在巖石表面形成穩定的吸附層,改變巖石的表面性質,形成疏水環境,減少或防止注聚井中由于聚合物的吸附、滯留等原因形成的堵塞[3,4],從而延長注聚井的有效期。其合成反應式為:

作者在此就合成的低分子陽離子聚合物對高濃度聚驅的解堵作用進行了研究。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

井底堵塞物,大慶油田提供。

環氧氯丙烷、二甲胺均為分析純,天津大茂化學試劑廠。

DS-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義予華儀器有限責任公司;DZF-6030A型真空干燥箱,上海一恒科技有限公司;LVDV-Ⅱ+PRO型布氏粘度計。

1.2 低分子陽離子聚合物降粘效果的測試

制備低分子陽離子聚合物并配制成不同濃度的溶液。在45℃恒溫條件(參考大慶油田地層環境)下,取一定體積溶液分別加入到相同體積的井底堵塞物中,充分混合搖勻后靜置,每隔1 h用粘度計測試混合液的粘度。按下式計算降粘率:

1.3 巖心模擬實驗方法

采用人造填砂巖心進行模擬實驗(控制實驗裝置恒溫45℃),填砂管使用的巖心砂粒組成參照大慶砂中天然巖心砂巖粒度組成,填砂管及介質參數見表1。

表1 填砂管及介質參數Tab.1 Parameters of sand packed tube and medium

利用平流泵將巖心飽和水,待系統壓力平衡后,首先打開平流泵并開始注入井底堵塞物,待系統壓力穩定后,再次打開平流泵注入低分子陽離子聚合物溶液,直至系統壓力穩定為止[5]。

1.4 解堵效果測試

選用質量分數為0.35%的低分子陽離子聚合物溶液,通過巖心模擬實驗觀察其對井底堵塞物的解堵效果,利用達西定律計算滲透率,再根據滲透率按下式分別計算巖心的傷害率、解堵率和防堵率:

式中:K1、K2、K3分別為巖心的原始水測滲透率、聚合物堵塞后的滲透率、解堵后的滲透率,μm2。

2 結果與討論

2.1 低分子陽離子聚合物對井底堵塞物的降粘效果(表2)

表2 不同濃度低分子陽離子聚合物在不同時間內對井底堵塞物的降粘率/%Tab.2 The effect of removing blockage by different concentrations of the low molecular weight cationic polymer at different times/%

由表2可知,低分子陽離子聚合物對井底堵塞物有較強的降粘能力,能在短時間內達到有效的降粘效果,其濃度為3500 mg·L-1時,降粘效果最好。

2.2 巖心模擬實驗結果

系統注入壓力隨井底堵塞物注入PV數和低分子陽離子聚合物(質量分數為0.35%)溶液注入PV數的變化曲線見圖1。

圖1 系統注入壓力隨井底堵塞物注入PV數(a)、低分子陽離子聚合物溶液注入PV數(b)的變化曲線Fig.1 Injection pressure change with the PV number of the stemming of wells injected(a), the PV number of the low molecular weight cationic polymer solution injected(b)

由圖1可知,系統注入壓力隨著井底堵塞物注入PV數的增加而增大,在井底堵塞物注入14 PV后,系統注入壓力趨于平穩。壓力升高的主要原因是由于井底堵塞物在巖心中吸附滯留量的增加而導致巖心孔隙堵塞。

由圖1還可知,系統注入壓力隨著低分子陽離子聚合物溶液注入PV數的增加而逐漸減小,在低分子陽離子聚合物溶液注入2.25 PV后,系統的注入壓力趨于穩定,說明該低分子陽離子聚合物能夠有效地恢復注入壓力。

在45℃恒溫條件下,隨著低分子陽離子聚合物溶液的注入,系統壓力平衡后,再次打開平流泵并開始注入井底堵塞物,系統注入壓力隨再次注入井底堵塞物PV數的變化曲線見圖2。

由圖2可知,在井底堵塞物再次注入6 PV后,系統壓力趨于平穩,壓力上升幅度比第一次注入井底堵塞物時小,說明低分子陽離子聚合物溶液可以起到降壓增注的作用,從而延長注聚井的有效期。

2.3 解堵效果(表3)

由表3可知,在45℃恒溫條件下,巖心A和B在注入井底堵塞物后,注入壓力由1.2 MPa和1.1 MPa分別上升至11.7 MPa和11.3 MPa,滲透率分別由63.8×103μm2和69.7×103μm2下降至2.87×103μm2和2.94×103μm2;通過質量分數為0.35%的低分子陽離子聚合物溶液驅替2.5 PV后,注入壓力分別下降至1.8 MPa和1.5 MPa,巖心滲透率分別恢復至59.6×103μm2和67.5×103μm2;向系統繼續注入井底堵塞物后,巖心A和B注入壓力分別上升至8.7 MPa和8.5 MPa,滲透率分別下降至15.4×103μm2和16.8×103μm2。表明該低分子陽離子聚合物對于大慶油田井底堵塞物具有良好的解堵效果(解堵率達到90%以上),能夠使地層注入壓力和滲透率得到很大程度的恢復,并且可以減少或防止后續注聚井中由于聚合物的吸附、滯留等形成的堵塞,起到降壓增注的作用,延長注聚井的有效期。

表3 低分子陽離子聚合物的解堵效果Tab.3 The removing blockage efficiency of the low molecular weight cationic polymer

圖2 系統注入壓力隨再次注入井底堵塞物PV數的變化曲線Fig.2 Injection pressure change with the PV number of the stemming of wells injected again

3 結論

針對大慶油田的現狀,研制出了一種低分子陽離子聚合物,能夠有效改善大慶油田的地層堵塞狀況,解堵率達到90%以上。

[1] 楊艷霞,胡三清,王松.聚合物驅的解堵與解吸室內研究[J].湖北化工,2003,20(1):19-20.

[2] 謝朝陽,李國,王鑫,等.大慶油田注聚井解堵增注技術[J].大慶油田地質與開發,2003,22(6):57-59.

[3] Fletcher A J P.Formation damage from polymer solutions:Factors governing injectivity[J].Reservoir Engineering,1992,7(2): 237-246.

[4] 牛桂玲,田乃林.注聚合物井井底堵塞物解除方法的室內研究[J].鉆采工藝,2002,6(9):46-54.

[5] 寧麗華.稠油擬啟動壓力梯度測定實驗方法及應用[J].石油化工高等學校學報,2011,24(1):59-63.

Evaluation of the Removing Blockage Effeciency for High Concentration of Polymer Flooding by Low Molecular Weight Cationic Polymer

ZHANG Rong-ming1,WANG Yue1,LI Wei2,MA Dong-hui3,ZHAO Min4
(1.Provincial Key Laboratory of Oil&Gas Chemical Technology,College of Chemistry and Chemical Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China; 2.Bohai Drilling Engineering and Technology Research Institute,Tianjin 300280,China; 3.Greatwall Drilling Company,CNPC,Panjin 124010,China; 4.Daqing Drilling and Exploration Group No.1 Drilling Company,Daqing 163318,China)

In this paper,based on the present situation of Daqing Oilfield,a kind of low molecular weight cationic polymer was synthesized,which could decrease the formation of plugging effectively,and the removing rate of blockage was more than 90%.

high concentration of polymer flooding;removing blockage;low molecular weight cationic polymer

TE 357.46

A

1672-5425(2013)03-0082-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.03.022

中國石油天然氣集團公司資助項目(DQYT-0506003-2011-GS-1235)

2012-12-13

張榮明(1966-),男,遼寧盤錦人,副教授,研究方向:油田化學,E-mail:zrm3000zrm@163.com。